CN201436588U - Pcb分布参数阻抗测试电缆及配用的阻抗测试条 - Google Patents

Abstract

一种PCB分布参数阻抗测试电缆及配用的阻抗测试条。分布参数阻抗测试电缆包括两对测试电缆，每对测试电缆包含两根同轴电缆，两根同轴电缆的一端分别连接有BNC电缆连接头；两根同轴电缆的另一端的内导体与一测试探针合焊在一起，两根同轴电缆的外导体与一接地探针合焊在一起，绝缘体、测试探针和绝缘介质板构成电缆测试头。阻抗测试条包括单端阻抗测试条和耦合差分阻抗测试条，两阻抗测试条的测试孔和接地孔成等边三角形分布，孔距与两测试探针的间距相同。使用本实用新型可准确测出计算单端阻抗和耦合差分阻抗的全部分布参数，达到用参数法精确测试PCB分布参数阻抗的目的。

Description

PCB分布参数阻抗测试电缆及配用的阻抗测试条

技术领域

本实用新型涉及电变量参数测试技术领域，具体涉及高频微波传输线分布参数测试技术，尤其是一种用可与1M以上频率的自动平衡电桥参数测试仪配用的，可对印制电路(PCB)分布参数之阻抗精确测试的分布参数阻抗测试电缆及配用的单端阻抗测试条和耦合差分阻抗测试条。

背景技术

PCB电路中由于阻抗线通常很短，直接从PCB电路中进行阻抗测试是很困难的，因此便在加工PCB电路的印制板上专门设计了一定长度的阻抗线，用于测试，它们的物理尺寸和PCB电路中相应阻抗线相同，而且又是在相同工艺条件下同时与PCB电路一起加工的，这种专供测试用的阻抗线被切割下来形成阻抗测试条，通过对其阻抗线的阻抗特性的测试便反映了PCB电路中相应阻抗线的特性。阻抗测试条有单端阻抗测试条和耦合差分阻抗测试条之分(见图1，图2图3，图4)。因此PCB电路阻抗的测试主要是对阻抗测试条的测试。

阻抗测试可采用TDR时域反射法和分布参数测试法，参数测试法的理论根据是微波传输线理论，根据微波传输线理论，微带线的阻抗值有

$Z_0=\sqrt{\frac{L}{C}}---\left(1\right)$

式中L和C分别为微带线的分布电感和分布电容。耦合差分阻抗线的差分阻抗有

$Z_{\mathrm{diff}}=2\sqrt{\frac{L_{\mathrm{self}}-L_m}{C_{\mathrm{self}}+{2C}_m}}---\left(2\right)$

式中L_self，C_self分别是每条耦合线的自电感和自电容；L_m，C_m分别是两耦合线之间的互电感和互电容。

只要能测准这些分布参数值，便能准确计算出PCB电路的阻抗线阻抗，因此关键在于对PCB电路阻抗线分布参数的准确测试，图5参数测试仪中的自动平衡测试电桥连接待测器件DUT的高电位点Hp，高电流点Hc和低电位点Lp，低电流点Lc由4根测试同轴电缆引出，为扩展测试阻抗范围和消除各种寄生参数的影响4根同轴电缆与待测器件的连接方式以图6所示4TP(4 terminal pair)结构为最佳，即将Hc，Hp引出的两同轴电缆的内导体和Lc，Lb引出的两同轴电缆内导体分别焊接在一起作为两测试端与待测器件连接，4根同轴电缆的外导体在靠近测试端一端分别连接在一起。用这种性能良好的4TP结构能否测出计算PCB电路阻抗条中的微带线和耦合差分阻抗线在所需分布参数呢？实际情况是除了能测准微带线电容和耦合差分阻抗线自电容参数外，对其它参数都是测不了或测不准的，如对微带线的电感和耦合差分阻抗线的自电感存在测不准，对耦合差分阻抗线的互电感，互电容参数则是测不了的，这是因为用于测试PCB电路单端阻抗测试条和耦合差分阻抗测试条中，阻抗线通常长度都在15cm左右，在4TP结构Hp、Hc电缆对与Lp、Lc电缆对之间外导体要连接长于15cm的导线，会带来较大寄生电感，同时该连接线位置不同，形状有异，其寄生电感数值都会发生变化，因而很难测准只有几十nH的微带线电感和耦合差分阻抗线的自电感，耦合差分阻抗线的互电感更小，要单独测出更是不可能的，测试耦合差分阻抗线的互电容，只能将4TP结构两测试端分别连接在两耦合线上，但这样测出的不是互电容，而是两耦合线间互电容与两耦合线自电容串联后相并联的结果，同时还要受到与阻抗条金属接地板接触的支撑物介质性能的影响。因此必须寻找一种适于PCB分布参数法阻抗测试的方法、电缆及配用的阻抗测试条。

实用新型内容

本实用新型的目的是要克服公知技术的缺陷，提供一种适于PCB分布参数法精确测试阻抗的PCB分布参数阻抗测试电缆及配用的阻抗测试条。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种分布参数阻抗测试电缆，包括两对测试电缆，每对测试电缆包含有两根同轴电缆，每根同轴电缆的一端分别连接有一个BNC电缆连接头，该端同轴电缆的内导体与BNC电缆的中心导体相连，该端同轴电缆的外导体与BNC电缆连接头的外导体相连；其特征是：所述两同轴电缆的另一端的内导体与一测试探针合焊在一起，两同轴电缆的外导体与一接地探针合焊在一起，接地探针及测试探针分别焊接在一绝缘介质板的两个金属化孔上，一绝缘体将测试探针、接地探针和绝缘介质板包裹为一体而构成电缆测试头。

与上述分布参数阻抗测试电缆配用的单端阻抗测试条，其特征是：所述单端阻抗测试条由含有同一金属接地板的两根平行且同样的微带线组成，两根微带线的线间距大于微带线线宽的2倍；在两微带线的两端分别设有测试孔，在每端测试孔的外侧设有与金属接地板相连的接地孔，各端对应的测试孔与接地孔呈等边三角形分布，等边三角形的边长与所述测试探针和所述接地探针之间的间距相等。

上述分布参数阻抗测试电缆配用的耦合差分阻抗测试条，包括含有同一金属接地板的两根相同的相互耦合的微带线，其特征是：所述两耦合微带线的间距小于耦合微带线线宽的2倍；在两耦合微带线的两端分别设有测试孔，在每端测试孔的外侧设有与金属接地板相连的接地孔，每端对应的两测试孔与接地孔呈等边三角形分布，等边三角形的边长与所述测试探针和所述接地探针之间的间距相等。

本实用新型提出了一种新型的PCB分布参数阻抗测试电缆及配用的两种阻抗测试条。使用本实用新型PCB分布参数阻抗测试电缆及配用的阻抗测试条结合本设计人所发明的方法，可准确测出计算单端阻抗和耦合差分阻抗的全部分布参数，从而达到了用参数法精确测试PCB分布参数阻抗的目的。

附图说明

图1是普通单端阻抗测试条的示意图；

其中：18-微带线；19-金属接地板；20-印制板基材；21-测试孔；22-接地孔。

图2是图1之A-A处的剖视图；

图3是普通耦合差分阻抗测试条的示意图；

其中：23-印制板基材；24-耦合差分阻抗测试条；25-金属接地板；27-测试孔；28-接地孔。

图4是图3之B-B处的剖视图；

图5是参数测试仪的自动测试电桥的示意图；

图6是4TP结构阻抗测试示意图；

其中：29-同轴电缆外导体；30-同轴电缆内导体；DUT-待测器件。

图7是本实用新型PCB分布参数阻抗测试电缆之示意图；

其中：1-测试电缆；；2-同轴电缆；4-内导体；5-测试探针；6-接地探针；61-外导体；7-介质板；8-金属化孔；9-注塑绝缘体；10-电缆测试头；3-BNC电缆连接头；31-BNC电缆中心导体；32-BNC电缆连接头的外导体。

图8本实用新型单端阻抗测试条的示意图；

其中：11-测试孔；12-接地孔；15-微带线；171-金属接地板；17-印制电路板。

图9是图8之C-C处的剖视图；

图10是本实用新型测试微带线电感L测试示意图；

其中：5-测试探针；6-接地探针。

图11是本实用新型测试耦合差分阻抗线电感时的电流流向图；

其中：5-测试探针；6-接地探针；13-测试孔；14-接地孔。

图12是本实用新型测试线电容时测试探针与接地探针的连接示意图；

图13是本实用新型测试耦合差分阻抗线互电容时测试探针与接地探针的连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

PCB分布参数阻抗测试电缆，如图7所示，该电缆包括两对测试电缆1，每对测试电缆都设有两根同轴电缆2，这两根同轴电缆的一端分别连接有一个BNC电缆连接头3。同轴电缆中的内导体4与BNC电缆中心导体31相连，同轴电缆的外导体61与BNC电缆连接头的外导体32相连。这两根同轴电缆的内导体4的另一端的内导体4都与一测试探针5合焊在一起；这两根同轴电缆的另一端的外导体61都与一接地探针6合焊在一起。接地探针6及测试探针5则分别焊接在一绝缘介质板7的两个金属化孔8上。本实施例中，绝缘体9为塑料件，经注塑工艺将测试探针5、接地探针6和绝缘介质板7塑封连接为一体而制成电缆测试头10(作为另一种实施方式也可通过在绝缘体9内灌封环氧树脂之类的绝缘胶体将测试探针5、接地探针6和绝缘介质板7包裹成一体)。

PCB电路单端阻抗测试条，如图8-10、12所示，单端阻抗测试条由设在含有金属接地板171的印制电路板17的同一面上的两根平行且同样的微带线15组成，两根微带线的线间距离大于微带线的2倍线宽，目的是使这两根微带线无耦合。在两微带线的两端分别设有测试孔11，在每端测试孔11的外侧设有与金属接地板171相连的接地孔12，各端对应的测试孔11与接地孔12呈等边三角形分布，等边三角形的边长与所述测试探针5和所述接地探针6的间距相等。

PCB电路耦合差分阻抗测试条，如图11、13所示，其由设在含有金属接地板的印制电路板同一面上的两根平行且同样的耦合微带线16组成，耦合微带线16的线间距小于耦合微带线线宽的2倍。在耦合微带线16的两端设有测试孔13，在两测试孔13的外侧设有接地孔14，两测试孔13与接地孔14构成等边三角形，等边三角形的边长同测试探针5与接地探针6的间距相等。

本实用新型PCB分布参数阻抗测试电缆的测试结构我们称之为准4TP电缆测试结构。两对测试电缆接BNC连接头一端可分别连接到Hp，Hc和Lp，Lc，这相当于4TP结构中，把HP，Hc电缆对和LP，Lc电缆对靠近测试端的外导体连线去掉，而在两电缆对中形成接地探针，因此我们称之为准4TP结构，在使用中它保持了4TP结构的优点，但它比4TP结构使用更加灵活，并通过这种结构能准确测出微带线的电感L和耦合差分阻抗线的自电感与互电感的差值Lself-Lm以及互电容Cm，从而能根据(1)和(2)式准确计算出微带线特性阻抗和耦合差分阻抗线的差分阻抗。

由于现有技术的微带线存在回路电感，且回路电感随微带线介质高度和长度增加而增加，由于地线上存在电感，用图1所示的现有技术阻抗测试条对单端阻抗进行测试，两测试探针连接微带线18两端，两接地探针接地，将会有地线上的电感引入，测出的电感将大于微带线18上的电感，这种单端阻抗测试条只适宜时域反射法测阻抗。

为适宜参数法测阻抗，如上所述，本实用新型对单端阻抗测试条重新进行了设计：为了排除地线上回路电感的影响，单端阻抗测试条设计成由两根无耦合(两线间距大于两倍线宽)、相互独立的完全相同的微带线组成，两微带线的两端设计有供测试用的测试孔及一接地孔，两测试孔之间的间距和接地孔到两测试孔之间的间距设计来和两测试电缆的电缆测试头的测试探针5与接地探针6之间的间距相等。耦合差分阻抗条两耦合线两端供测试用的测试孔和接地孔也按此情况处理。测试微带线时，为了不引入接地回路电感，接地探针6是不接地的，而当作测试探针使用，即接地探针6与接地探针6，测试探针5与测试探针5分别连接一条微带线进行测试，如图10所示。将接地探针用作测试探针的前提条件是在测试前的短路校正时，除了测试探针进行短接外，接地探针也必须进行短接校正。在测试差分阻抗线电感时同样是两接地探针和两测试探针分别连接一条微带线，但测出的参数不是自电感Lself而是自电感Lself与耦合互电感Lm的差值Lself-Lm，如图11所示，在图11中测试探针中的电流方向和接地探针之间的电流方向是相反的，根据右手螺旋定则，它们产生的磁场方向是相反的，有减小对方磁场的趋向，因此测出的电感值是Lself-Lm，Lm数值很小，要单独进行测试是完全不可能的，但用我们这种准4TP结构，却能成功地测出计算差分阻抗所需的Lself-Lm参数，但要注意的是用上述方法测出的微带线的电感不是2L，测出的耦合差分阻抗线的电感也不是Lself-Lm的2倍，这是由于电缆线是非平衡线，接地探针之间测出的电感值要小于测试探针之间测出的电感值，因此对测出的结果要进行校正，其校正系数K(接地探针测试值与测试探针测试值之比)可通过实验准确确定。确定K后，上述电感测试值分别除以(1+K)便可得到式(1)中需要的电感值L和式(2)中需要的L_self-Lm值。

测试微带线的分布电容参数C，可对单端阻抗测试条中任1条线进行测试，测试方法是两测试探针分别连接微带线的测试孔和接地孔，两接地探针短接。如图12所示，这相当于变成了4TP结构，测试耦合差分阻抗线自电容Cself也可对耦合差分阻抗条中任一条微带线进行测试，方法同测微带线的电容分布参数完全一样。

测试耦合差分阻抗线的互电容，方法是两测试探针分别连接一条微带线的测试孔，两接地探针分别与接地孔连接，如图13所示，由于是共地连接，因此测出的电容便是两线之间的互电容。

需要说明一点的是在上述测试中，参数测试仪的工作频率必须满足

$f>\frac{R}{2.81L}---\left(3\right)$

式中：R为微带线的分布损耗电阻，L为微带线的分布电感。

由上述方案可知，通过上述方法结合使用本实用新型PCB分布参数阻抗测试电缆及配用的阻抗测试条可准确测出计算单端阻抗和耦合差分阻抗的全部分布参数，从而达到了用参数法精确测试PCB分布参数阻抗的目的。

Claims (5)

1.一种分布参数阻抗测试电缆，包括两对测试电缆(1)，每对测试电缆包含有两根同轴电缆(2)，每根同轴电缆的一端分别连接有一个BNC电缆连接头(3)，该端同轴电缆的内导体(4)与BNC电缆的中心导体(31)相连，该端同轴电缆的外导体(61)与BNC电缆连接头的外导体(32)相连，其特征是：所述两同轴电缆的另一端的内导体(4)与一测试探针(5)合焊在一起，两同轴电缆的外导体(61)与一接地探针(6)合焊在一起，接地探针及测试探针分别焊接在一绝缘介质板(7)的两个金属化孔(8)上，一绝缘体(9)将测试探针(5)、接地探针(6)和绝缘介质板(7)包裹为一体而构成电缆测试头(10)。

2.依照权利要求1所述的分布参数阻抗测试电缆，其特征是：所述绝缘体(9)为塑料件，经注塑工艺将所述测试探针(5)、接地探针(6)和绝缘介质板(7)连接为一体。

3.依照权利要求1或2所述的分布参数阻抗测试电缆，其特征是：在所述绝缘体(9)上，与所述接地探针(6)的位置对应，设有接地标识。

4.与权利要求1所述的分布参数阻抗测试电缆配用的单端阻抗测试条，其特征是：所述单端阻抗测试条由含有同一金属接地板(171)的两根平行且同样的微带线(15)组成，两根微带线的线间距大于单根微带线线宽的2倍；在两微带线的两端分别设有测试孔(11)，在每端测试孔(11)的外侧设有与金属接地板(171)相连的接地孔(12)，各端对应的测试孔(11)与接地孔(12)呈等边三角形分布，等边三角形的边长与所述测试探针(5)和所述接地探针(6)之间的间距相等。

5.与权利要求1所述的分布参数阻抗测试电缆配用的耦合差分阻抗测试条，包括含有同一金属接地板(25)的两根相同的平行微带线(24、16)，其特征是：所述两微带线(16)的间距小于单根微带线线宽的2倍形成相互耦合状态的微带线；在两耦合微带线(16)的两端分别设有测试孔(13)，在每端测试孔(13)的外侧设有与金属接地板相连的接地孔(14)，每端对应的两测试孔(13)与接地孔(14)呈等边三角形分布，等边三角形的边长与所述测试探针(5)和所述接地探针(6)之间的间距相等。

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